Пионеры: человек и самолет

Сергей Дуленко/ Днепропетровск, Александр Котлобовский/ Киев Фото предоставлены С. Дуленко

«В воздушном винте нет необходимости", - такую фразу внес 15 мая 194 J г. s трафу «Тип и номер воздушного винта» стандартного отчета о первом вылете неказистого на вид низкоплана шеф-пилот фирмы «Глостер Эркрафт» Г.Сэйер. Чем и констатировал начало новой, реактивной эры британской и американской авиации. «Виновниками» события стали двое - экспериментальный самолет Gloster G.40 Pioneer {т.е. первопроходец) и талантливый изобретатель, конструктор, скуадрон-лидер (майор) Королевских ВВС Фрэнк Уиттл (Frank Whittle). Отнюдь не простой дорогой шел этот человек к своей победе, но так всегда бывает на переломных этапах развития технической мысли. Первый британский реактивный самолет появился во многом благодаря его упорству и одержимости.

Фрэнк Уиттл

Фрэнк Уиттл родился в 1907 г и с малых лет был очарован авиацией, которая переживала в те годы период бурного развития. Нет ничего удивительного в том, что он решил связать с нею свою судьбу. После окончания школы в 1923 г. он предпринял попытку поступить в Крэ-нуэллский колледж RAF для освоения летной профессии, однако не прошел медкомиссию по причине малого роста. И все же желание быть ближе к небу сделало свое дело: неудачливый абитуриент был принят помощником механика самолета в 4-е учебное крыло RAF. Три года службы не прошли для Фрэнка даром: он получил большой практический опыт авиатора и значительно подрос. Когда он предпринял новую попытку поступления, то оказался в числе пяти везунчиков, отобранных из более чем 600 кандидатов. В период обучения в Крэнуэлле Фрэнк показал себя как прилежный кадет, успешно осваивающий летные и инженерные дисциплины и обладающий незаурядными математическими способностями.

И вот мечта Уиттла осуществилась -он окончил колледж, причем с блестящей аттестацией. Его летная карьера стала складываться вполне пристойно, но именно в этот период начала раскрываться вторая ипостась его натуры - страсть к инженерному труду. Еще в 1928 г., будучи кадетом выпускного курса, он опубликовал статью «Будущее развитие самолета», в которой высказался за использование газовой турбины как основы перспективной авиационной силовой установки. В то время, когда самый быстрый истребитель едва разгонялся до 300 км/ч, Уиттл утверждал, что с помощью нового двигателя можно достичь скорости полета порядка 800 км/ч.

Надо сказать, что сама идея использования реактивной тяги а авиации не была новой, в Англии ее активно защищал доктор А.Гриффит (A.Griffith), начиная еще с 1926 г. В то же время, абсолютное большинство специалистов считало подобные предложения непригодными для практической реализации. Но Уиттл был полон решимости добиться воплощения своих идей. Он, как и положено молодому офицеру, в 1929 г. обратился в Министерство авиации, так сказать, по команде, однако чиновники не проявили к его идеям никакого интереса. Тогда с предложением финансировать создание опытного образца турбореактивного двигателя Фрэнк обратился к промышленникам, в частности, к фирмам British Thomas Houston и Armstrong Siddeley Motors. Однако экономика Англии на рубеже 1920-30-х гг. переживала депрессию, деньги на новые рискованные затеи тратить никто не спешил, в итоге промышленность тоже дала Уиттлу «от ворот поворот». Тем не менее, Фрэнк не отчаялся и решил работать самостоятельно. 16 января 1930 г он зарегистрировал патент №347206 на газовую турбину своей конструкции.

В 1932 г. наступил момент, когда он был вынужден определяться: либо продолжать летную карьеру, либо посвятить себя техническому творчеству. После недолгих колебаний флайт-лейтенант (соответствует капитану) Уиттл решил распрощаться с кабиной самолета и стал руководителем Центра испытаний авиадвигателей, одновременно продолжив свое образование в офицерской технической школе в Хэнлоу. Он досрочно окончил это учебное заведение, и в 1934 г. «родное» министерство направило его совершенствовать свои знания в престижный Кэмбридж. Там-то и свела его судьба с двумя бывшими офицерами RAF, сторонниками идеи реактивного движения: Р.Д.Уильям-сом (R.D.Williams) и Дж.К.Б.Тинлингом (J.C.B.Tinling). Они решили совместными усилиями продвигать проект Уиттла и, как ни странно, смогли добиться финансирования постройки натурного образца двигателя в одном из частных банков под гарантии Министерства авиации. В марте 1936 г. еще один маленький успех - компаньоны основали в городе Латтенуорт фирму «Пауэр джетс» (Power Jets Ltd.) -своего рода центр исследования реактивного движения, в котором Уиттл стал ведущим инженером. Интересно, что он в чине скуадрон-лидера все еще находился на действительной военной службе, и, чтобы заняться бизнесом, ему потребовалось специальное разрешение командования.

Схема двигателя W. 1

Двигатель W.1X, установленный на W4041/G для наземных испытаний. Апрель 1941 г.

Подрядчиком по постройке опытного образца двигателя выступила, хотя и без особого энтузиазма, фирма «Бритиш-Томас-Хоустон», выпускавшая паровые турбины. Свои плоды этот «брак по принуждению» принес уже в апреле 1937 г., когда был готов первый образец двигателя, получивший обозначение U. 1 (Unit No. 1). Устройство его отличалось простотой, чтобы не сказать примитивностью: одноступенчатый двухкамерный центробежный компрессор (не правда ли, оригинально? См. схему двигателя W. 1 - у него компрессор такой же) напрямую соединялся с турбиной диаметром 420 мм, а единственная камера сгорания представляла собой изогнутый цилиндр. Огневые испытания этого двигателя начались 12 апреля 1937 г. Сначала при помощи 20-киловаттного электродвигателя турбину с компрессором раскрутили до 2000 об/мин, затем Уиттл открыл кран подачи керосина, и… окрестности Латтенуорта были оглушены неслыханным доселе грохотом. Извергающееся из U.1 пламя производило устрашающее впечатление, тем не менее, двигатель работал! Фрэнк и его друзья искренне радовались своей победе. Однако, как и во всяком новом деле, за первым успехом вскоре последовали сплошные трудности: стали течь топливопроводы, прогорать камера сгорания и сопло, двигатель «шел в разнос», быстро превышая назначенные предельными 8000 об/мин, и т.д.

Неожиданно перед партнерами встала еще одна проблема: первые же пуски U.1 «съели» весь выделенный лимит керосина. Но на сей раз Министерство авиации не поскупилось и в августе 1937 г. выделило сумму, достаточную для закупки топлива аж на 20 часов работы! К апрелю следующего года опытный двигатель наработал уже 5 часов, что для абсолютно нового устройства было неплохим показателем. За это время обороты U. 1 довели до 13-14 тысяч, а максимальная зафиксированная тяга составила 630 кгс. Было признано, что предварительные испытания детище Уиттла выдержало.

Уже при переходе к новому этапу испытаний произошла авария: на высоких оборотах турбина разрушилась, и разлетевшиеся лопатки сильно повредили остальные части двигателя. Правда, это ЧП не очень обескуражило Уиттла, ибо параллельно с испытаниями U.1 он проектировал более совершенный двигатель W. 1 (Whittle No.1). От U. 1 он отличался, прежде всего, наличием 10 раздельных камер сгорания, размещенных вокруг компрессора и турбины, но самое главное, он был не только стендовым образцом, а предназначался для установки на самолет! К апрелю 1938 г. W. 1 был собран и подготовлен к испытаниям. Лишь месяцем раньше Министерство, убедившись в успехах «Пауэр джетс», наконец-то подписало официальный контракт на его разработку. Правда, средства выделялись крайне нерегулярно, и работы велись с перерывами. Все изменилось в сентябре 1939 г, с началом второй мировой войны, которая заставила чиновников уделить достойное внимание передовым идеям и перевести изыскания Уиттла в разряд «важных инженерных разработок». Это позволило изобретателю построить ряд стендовых образцов W.1, которым Уиттл дал название Gyron (те. вертушка, карусель), фигурировавшее некоторое время в переписке и вскоре забытое.

Пришло время подумать о «примерке» новой силовой установки к самолету, и Уиттл решил познакомить со своими наработками авиастроительные фирмы. Первой в его поле зрения попала Gloster Aircraft Company, конструкторский отдел которой под управлением В.Картера (W.G.Carter) в соответствии со спецификацией Министерства Е18/37 занимался двухбалочным истребителем под поршневой мотор с толкающим винтом. Этот самолет, как никакой другой, подходил для оснащения реактивным двигателем. К тому же, «Глостер» в тот момент не выпускала серийно ни одну из собственных конструкций, и Министерство надеялось, что освоение новейшей техники станет для фирмы своеобразным толчком. Один из служащих Министерства, бывший однокашник Фрэнка по Крэндуэллу скуад-рон-лидер М.Ринолдс организовал встречу двух конструкторов, посещение Уиттлом фирмы «Глостер» и осмотр им макета Е18/37. Вскоре последовал ответный визит: Картер посетил Латтенуорт, да не один, а в компании Т.О.М.Сопвича (Sopwith) - генерального директора Hawker Siddeley Group, и С.Тризилиена (Tresilian) - главного инженера Armstrong Siddeley Motors. Уиттл показал гостям W. 1 и в их присутствии «прогнал» двигатель на стенде. Хотя тягу ограничили какими-то 272 кгс, визитеры были буквально ошеломлены увиденным и тут же, на месте, стали горячими сторонниками идеи реактивного полета.

В итоге 3 февраля 1940 г. между заинтересованными сторонами был подписан официальный контракт SB/3229 на проектирование и постройку реактивного самолета согласно спецификации Министерства авиации Е.28/39. В соответствии с документом, требовалось создать опытный самолет для подтверждения возможности практического использования реактивной силовой установки. Двигатель должен был развивать тягу в 545 кгс, а самолету предстояло достичь скорости в 616 км/ч. Вооружение на экспериментальной машине не закладывалось, хотя от создателей требовалось предусмотреть возможность установки четырех 7,69-мм пулеметов «Браунинг» с общим боекомплектом в 2000 патронов.

Картер и Уиттл рассмотрели несколько вариантов компоновки опытного самолета. Первый предусматривал расположение двигателя почти в центре фюзеляжа и подвод к нему воздуха через лобовой воздухозаборник и раздвоенный канал, огибавший с двух сторон кабину летчика. Для истечения раскаленных газов служили жаровая труба и реактивное сопло, установленное за хвостовым оперением. Поначалу Картер не очень-то склонялся к такому решению, поскольку длинная труба грозила заметными потерями тяги, а далеко вынесенное назад сопло во время взлета и посадки могло задеть за поверхность ВПП. По этим причинам Картеру больше импонировала двух-балочная схема, представлявшая собой дальнейшее развитие концепции Е18/37. Здесь двигатель также устанавливался за кабиной пилота, но эта часть фюзеляжа получалась относительно короткой, и связанные с первым вариантом страхи исчезали сами собой. Более того, в связи с меньшими потерями тяги, ожидался прирост максимальной скорости примерно на 23 км/ч. Но с другой стороны, никто не знал, какое влияние будет оказывать реактивная струя на стабилизатор, как будет изменяться его подъемная сила, какие возникнут вибрации, температурные напряжения и т.п. Посему решено было не рисковать и остановиться на первом, классическом варианте. Можно сказать, что эта революционная машина, получившая обозначение «Глостер» G.40 и собственное имя «Пионер», создавалась с большой долей традиционного английского консерватизма.

Сразу же было решено строить два опытных экземпляра самолета. Первый предназначался для изучения самой возможности полета на реактивной тяге и оснащался крылом с хорошо зарекомендовавшим себя профилем NACA 23012. Вторую машину предполагалось использовать для изучения высоких скоростей полета, на нее решили установить крыло с новым профилем ЕС 1240/090040, отличающимся малой относительной толщиной - от 12% до 9% ( т.н. крыло типа Е). Разумеется, все работы велись с соблюдением строгих мер секретности. Чтобы снизить риск, вызванный немецкими налетами, постройку первого прототипа перевели с экспериментального отделения «Глостера» в Брокуорте на один из т.н. «теневых заводов» в Челтнеме, строительство второго продолжили на старом месте.

«Пионер» перед началом испытаний. Виды спереди и сзади

Кадр киносъемки первого взлета «Пионера». 15 мая 1941 г.

Ф.Уиттл благодарит пилота Г.Сэйера после первого полета «Пионера»

В марте 1940 г. положение «Пауэр джетс» еще более упрочилось - вся ответственность за бесперебойное финансирование команды Уиттла была возложена на новообразованное Министерство авиапромышленности, руководимое лордом Бивербруком. Определился и генеральный подрядчик, ответственный за серийное производство двигателя нового типа - компания «Ровер» {Rover Motors Company). К тому времени Уиттл работал уже над двигателем W.2 - увеличенным и усовершенствованным вариантом W. 1. К сожалению, «двойка» оказалась не совсем удачной, но на ее основе был создан мотор W.2B, конструкция которого вполне отвечала требованиям серийного производства. К ноябрю 1940 г. его опытный экземпляр постройки «Ровер» наработал уже 20 часов. На самой «Пауэр джетс» времени тоже не теряли. В декабре здесь «выдали на-гора» первый экземпляр W. 1Х, который считался полностью готовым к установке на самолет, хотя и не предназначался для полета. Не за горами было и окончание сборки летного W. 1.

К концу марта 1941 г. планер первого прототипа, получившего регистрационный номер W4041/G, был готов. Вскоре в Челтнем доставили и установили на G.40 первый W.1X, затем самолет разобрали и по-агрегатно доставили в Брокуорт, где собрали вновь. 7 апреля «Пионер» выкатили на аэродром. С утра шел дождь, поэтому лишь поздним вечером шеф-пилот фирмы «Глостер» флайт-лейтенант Сэйер (G.Sa-yer) вывел «Пионер» на мягкую траву летного поля. Он совершил первые рулежки при оборотах двигателя 10000-13000 об/мин. «Поддать газу» не позволял ограничитель, установленный на РУДе во избежание неожиданностей вроде несанкционированного взлета. Летчик отмечал, что самолет послушен, но на раскисшем аэродроме он не смог разогнать его более 32 км/ч. Следующим утром испытания продолжили. Обороты двигателя довели до 15000 об/мин, и Сэйер сразу же разогнался до 95 км/ч. Тут он впервые ощутил преимущества реактивного самолета перед поршневым: уменьшение шума и вибраций, отличный обзор, простоту управления. Затем ограничитель переставили на 16000 оборотов, и летчик отрулил на подветренный край полосы, тем самым вызвав подозрения: а не собирается ли он взлететь с нелетным двигателем? О дальнейшем вспоминает Уиттл: «Сэйер развернул «Пионер» против ветра, увеличил обороты двигателя до предела, но удерживал самолет на тормозах. Затем он отпустил их и стал быстро набирать скорость. Мы увидели, как, пытаясь прижать хвост самолета к земле, летчик отклонил руль высоты вверх. Он сделал это слишком резко, и предохранительная пята ударилась о землю, а самолет вновь опустился на переднее колесо. Однако через 1-2 секунды «Пионер» оторвался от земли и, пролетев около 200 м, приземлился. Такую процедуру Сэйер повторял ещедважды. Третий раз получилось особенно хорошо. Каждый раз самолет пролетал метров по 200-300..,». В своем очередном отчете Сэйер отметил, что реакция двигателя при управлении им немного запаздывает. Привыкший к поршневым моторам летчик просто еще не знал, что относительно низкая приемистость является характерной чертой газотурбинных двигателей.

Левая основная опора шасси и ее ниша

Кабина «Пионера»

На этом этап наземных испытаний «Пионера» посчитали законченным. С самолета сняли двигатель и отправили для дальнейших стендовых испытаний в Лат-тенуорт, где с 11 апреля уже проходил приемку летный W. 1. В начале мая он был доставлен в Брокуорт и установлен на W4041/G. Ограничитель оборотов зафиксировали на 16500 об/мин, что соответствовало тяге 390 кгс. На самолет поставили удлиненную носовую стойку шасси. 8 мая Сэйер совершил на «Пионере» с новым двигателем несколько коротких пробежек, после чего самолет вновь разобрали и отправили в Крэнуэлл, аэродром которого отличался длинной ВПП с удобными подходами. 13 мая на новом месте машину подготовили к первому полету.

Однако почти весь следующий день стояла плохая погода, и только вечером Сэйер сумел сделать несколько пробежек, привыкая к новой передней стойке. Утром 15 мая вновь лил дождь, поэтому Уиттл вернулся в Латтенуорт, но к вечеру, как только небо очистилось, конструктор вновь заспешил в Крэнуэлл. Он вспоминает: «Пока Ј.28 рулил к восточному краю ВПП, мы note 1 подъехали на автомобиле и остановились примерно в 400 м от начала полосы. Сэйер вывел машину на старт в 19.40. Удерживая ее на тормозах, он довел обороты до 16000. Затем отпустил тормоза, и самолет, быстро набрав скорость, оторвался от ВПП после пробега не более 600 м. Пролетев несколько миль, «Пионер» скрылся в облаках, В течение нескольких минут мы слышали только ровный гул двигателя». В это время Сэйер убрал шасси и перешел в горизонтальный полет, достигнув скорости 386 км/ч. Затем сбросил обороты до 14000, однако заметного снижения скорости не произошло. Летчик выполнил серию виражей, постепенно снижая обороты двигателя, дошел до 145 км/ч, сделал еще несколько разворотов. «Затем мы вновь увидели самолет, заходивший на посадку по большому кругу, - продолжает Уиттл. - По характеру снижения можно было сделать вывод, что Сэйер питает полное доверие к самолету, как будто он летает на нем уже несколько часов… Произведя отличную посадку в самом начале ВПП, он остановил машину недалеко от того места, где стояли мы, и показал большой палец. Мы бросились к нему и начали горячо пожимать его руку».

Первый полет «Пионера» длился 17 минут. Докладывая о нем, Сэйер отмечал, что он напомнил ему полет на планере, и лишь свист высокой тональности говорил о наличии силовой установки, которая, кстати, работала без перебоев. Правда, пилотировать реактивную машину оказалось труднее, чем планер - Сэйер оценил самолет как «малоустойчивый». Трудности возникли и при выпуске шасси - передняя опора не встала на замок, поэтому летчик, чтобы «дожать» ее, воспользовался ручной помпой.

Не только Уиттл и Картер, но все, наблюдавшие за «Пионером» с земли, находились под большим впечатлением. Уж очень необычным и даже неправдоподобным казался тогда полет на реактивной тяге. В этом смысле интересна реакция одного из посетителей аэродромного офицерского бара, который, присмотревшись к Е.28/39, воскликнул: «Господи! Пора бросать пить, а то уже самолеты без пропеллера мерещатся!».

В последующие 13 дней «Пионер» выполнил еще 15 полетов, полностью исчерпав 10-часовой назначенный ресурс W.1. Удалось достичь высоты 7500 м и скорости 486 км/ч. При взлетной массе 1675 кг с полным баком керосина - 368 л - самолет продержался в воздухе 56 минут. Во время всех этих полетов Сэйер, ввиду опасности повреждения турбины, выполнял только те маневры, перегрузка при которых не превышала 2д. Но двигатель работал надежно, и первая серия испытаний завершилась благополучно.

Подготовка к новой серии полетов затянулась на долгих семь месяцев. Основные работы заключались в установке нового двигателя W. 1А, давшего на стенде тягу 527 кгс, которую для полета ограничили величиной 454 кгс. Этот двигатель содержал некоторые конструктивные усовершенствования, идентичные с примененным и на W.2B, например, баростат для автоматического уменьшения подачи топлива при снижении атмосферного давления в ходе набора высоты. Самолет перевезли из Крэнуэлла в Эджхилл, графство Уорвикшир, где 4 февраля 1942 г. Сэйер вновь занял место в его кабине…

Продолжение следует

За оказанную помощь авторы вы ража ют признательность А.Н.Николаеву и Е.К.Хавило.

Самолет представлял собой цельнометаллический свобод-нонесущий низкоплан классической схемы с убирающимся шасси с носовой опорой. Экипаж - 1 человек.

Фюзеляж типа полумонокок круглого поперечного сечения. Силовой набор включал 27 шпангоутов.

Кабина летчика негерметична, кресло - неката пул ьтируе-мое. За кабиной помещался топливный бак объемом 368 л, а за ним в четырех точках к силовому шпангоуту крепился сам двигатель. Воздух к нему поступал через носовой воздухозаборник по двум каналам, огибавшим с боков пилотскую кабину. Жаровая труба двигателя тянулась через всю хвостовую часть фюзеляжа. Для теплоизоляции она была покрыта несколькими слоями тонкой жести с воздушными прослойками между ними.

Крыло прямое однолонжеронное, каждая консоль содержала 14 нервюр. Угол установки - 1 , поперечное «V» - 3,75\ На самолете устанавливались два разных по аэродинамической компоновке крыла: одно с профилем NACA 23012, другое - с более скоростным профилем ЕС 1240/090040, Механизация включала зависающие щелевые закрылки с гидравлическим приводом. Элероны - металлические с полотняной обшивкой, которые имели весовую компенсацию.

Хвостовое оперение включало киль, стабилизатор и рули. Все рули по конструкции подобны элеронам, а руль направления, кроме того, имел аэродинамическую компенсацию.

Шасси - трехопорное, с управляемым носовым колесом. Основные опоры убирались в ниши крыла по направлению к фюзеляжу, носовая - в нишу под полом кабины пилота, привод уборки/выпуска - пневматический.

Силовая установка включала один ТРД, Применявшиеся на самолете типы двигателей и их характеристики даны в тексте. Охлаждение двигателя осуществлялось с помощью двух водяных радиаторов.

Система управления - механическая тросовая.

Вооружение, бронирование и протектирование бака отсутствовали.